WO2024039126A1 - 유도가열장치 및 유도가열장치의 제어방법 - Google Patents

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WO2024039126A1
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inductor
diode
circuit
induction heating
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강홍주
이록행
이제원
함명진
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삼성전자주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/12—Cooking devices

Definitions

  • the disclosed invention relates to an induction heating device with an improved circuit configuration.
  • an induction heating device is a cooking device that heats and cooks food using the principle of induction heating.
  • An induction heating device includes a cooking plate on which a cooking vessel is placed, and a heating coil that generates a magnetic field when an electric current is applied.
  • this induction heating device uses the cooking vessel itself as a heat source, it has a higher heat transfer rate than a gas range or kerosene stove that burns fossil fuel and heats the cooking vessel through the combustion heat, does not generate harmful gases, and does not cause fire.
  • the advantage is that there is no risk.
  • One aspect of the disclosed invention provides an induction heating device with improved performance.
  • An induction heating device includes a heating coil; a rectifier circuit that rectifies alternating current input power; A power factor correction (PFC) circuit connected to the rectifier circuit; A direct current link capacitor connected to the PFC circuit; and an inverter circuit connected to the direct current link capacitor and applying a driving current to the heating coil
  • the PFC circuit includes: a first inductor connected to an output node of the rectifier circuit; a second inductor connected to the output node of the rectifier circuit and connected in parallel with the first inductor; a first diode connected to the first inductor and the direct current link capacitor; a second diode connected to the second inductor and the direct current link capacitor; a first switching element connected to the first inductor and a ground node; and a second switching element connected to the second inductor and the ground node.
  • the induction heating device may further include a control unit that controls the first switching element and the second switching element.
  • control unit may operate the first switching element and the second switching element complementary to each other in response to receiving a user input for turning on the power of the induction heating device.
  • control unit may control the first switching element and the second switching element so that the switching frequency is 30 kHz or more.
  • the inverter circuit includes an upper switching element and a lower switching element
  • the control unit determines switching frequencies of the upper switching element and the lower switching element based on operation settings of the heating coil, and determines the switching frequency of the upper switching element and the lower switching element. Accordingly, the upper switching element and the lower switching element can be operated complementary.
  • the direct current link capacitor may include a plurality of capacitors connected to each other.
  • the inverter circuit includes an upper switching element, a lower switching element, an upper resonant capacitor, and a lower resonant capacitor, and the heating coil is connected to a common node of the upper resonant capacitor and the lower resonant capacitor, the upper switching element, and the lower resonant capacitor. It can be connected between the common nodes of the lower switching elements.
  • the anode of the first diode may be a common node of the first inductor, the first diode, and the first switching element.
  • anode of the second diode may be a common node of the second inductor, the second diode, and the second switching element.
  • the direct current link capacitor may be connected to the cathode of the first diode and the ground node.
  • the direct current link capacitor may be connected to the cathode of the second diode and the ground node.
  • the inverter circuit includes an upper switching element connected to the cathode of the first diode or the cathode of the second diode and the first node; and a lower switching element connected to the first node and the ground node.
  • a control method of an induction heating device includes a rectifier circuit for rectifying alternating current input power; A power factor correction (PFC) circuit connected to the rectifier circuit; A direct current link capacitor connected to the PFC circuit; and an inverter circuit connected to the direct current link capacitor and applying a driving current to the heating coil, wherein the PFC circuit includes: a first inductor connected to an output node of the rectifier circuit; a second inductor connected to the output node of the rectifier circuit and connected in parallel with the first inductor; a first diode connected to the first inductor and the direct current link capacitor; a second diode connected to the second inductor and the direct current link capacitor; a first switching element connected to the first inductor and a ground node; and a second switching element connected to the second inductor and the ground node, wherein the control method of the induction heating device includes the first switching device in response to receiving a user input for turning on the power of the induction heating device. It may include
  • operating the first switching element and the second switching element complementary to each other may include controlling the first switching element and the second switching element so that the switching frequency is 30 kHz or more. .
  • the inverter circuit includes an upper switching element and a lower switching element
  • the control method of the induction heating device includes determining the switching frequencies of the upper switching element and the lower switching element based on operation settings of the heating coil, and ; It may further include operating the upper switching element and the lower switching element complementary to each other according to the determined switching frequency.
  • noise generated during the operation of the induction heating device can be suppressed.
  • heating performance for small-sized cooking vessels or cooking vessels made of materials with low magnetic permeability can be improved.
  • FIG 1 is an external view of an induction heating device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 2 is a diagram showing the interior of an induction heating device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 3 is a diagram showing the principle of heating a cooking vessel by an induction heating device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 4 is a control block diagram of an induction heating device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 5 is a block diagram of a coil driving circuit according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 6 shows an example of a coil driving circuit according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figures 7 and 8 show an example of current flow when the input voltage has a positive value in the coil driving circuit according to one embodiment.
  • 9 and 10 show an example of current flow when the input voltage has a negative value in a coil driving circuit according to an embodiment.
  • Figure 11 is a flowchart showing an example of a control method of an induction heating device according to an embodiment.
  • ⁇ unit may refer to a unit that processes at least one function or operation.
  • the terms may mean at least one piece of hardware such as a field-programmable gate array (FPGA)/application specific integrated circuit (ASIC), at least one piece of software stored in memory, or at least one process processed by a processor. .
  • FPGA field-programmable gate array
  • ASIC application specific integrated circuit
  • Figure 1 shows the appearance of an induction heating device according to an embodiment
  • Figures 2 and 3 are diagrams showing the heating principle of the induction heating device according to an embodiment.
  • Figure 1 shows the appearance of an induction heating device according to an embodiment
  • Figures 2 and 3 are diagrams showing the heating principle of the induction heating device according to an embodiment.
  • Figure 1 is a view looking down from above on the induction heating device 1 according to one embodiment.
  • the induction heating device 1 includes a plate 110 provided on the upper part of the main body 101, a cooking zone 111, 112, 113 formed on the plate 110, and It may include user interfaces 120 and 130 that function as input/output devices.
  • the plate 110 may be made of ceramic.
  • the cooking zones 111, 112, and 113 indicate the location where the cooking vessel is placed, and are represented in a circular shape as shown in Figure 111 or as shown in Figure 112 and 113 to guide the proper placement of the cooking vessel. It can be expressed as a straight line boundary.
  • the above-described shapes are only examples of shapes to represent the cooking zones 111, 112, and 113, and even if they are not circular or straight, the induction heating device 1 can be implemented as long as it can guide the user to the location of the cooking zone. It can be applied to examples.
  • a display 120 and an input device 130 may be provided in one area of the plate 110.
  • the display 120 may include a display device such as an LCD or LED, and the input device 130 may include at least one of various input devices such as a touch pad, button, or jog shuttle. Alternatively, it is possible for the display 120 and the input device 130 to implement a touch screen.
  • the display 120 and the input device 130 are provided at locations spaced apart from the cooking zones 111, 112, and 113 on the plate 110 is given as an example.
  • the arrangement in FIG. 1 is only an example applicable to the induction heating device 1, and the display 120 or input device 130 is located at a location other than the plate 110, such as the front of the induction heating device 1. It is also possible to prepare.
  • a heating coil 434 used to heat the container 10 placed on the plate 110 may be disposed on the lower portion of the plate 110. Although only one heating coil 434 is shown in FIGS. 2 and 3 for convenience of explanation, the heating coil 434 may be provided corresponding to the number of cooking zones.
  • each heating coil 434 may also be provided, and each heating coil 434 is connected to each cooking zone 111, 112, 113) It can be placed at the bottom.
  • the heating coil 434 may be connected to a coil driving circuit 4 (see FIG. 5), which will be described later, and a high-frequency current may be applied from the coil driving circuit 5.
  • a high-frequency current may be applied from the coil driving circuit 5.
  • the frequency of the high-frequency current may be 20 kHz to 35 kHz.
  • magnetic force lines ML When a high-frequency current is supplied to the heating coil 434, magnetic force lines ML may be formed in the heating coil 434.
  • the magnetic force lines ML around the heating coil 434 pass through the bottom of the container 10 and generate an induced current in the form of a vortex according to the law of electromagnetic induction. , that is, generates eddy current (EC).
  • EC eddy current
  • Heat may be generated in the container 10 due to the interaction between the eddy current (EC) and the electrical resistance of the container 10, and the food inside the container 10 may be heated by the generated heat.
  • EC eddy current
  • the material of the container 10 may be metal such as iron, stainless steel, or nickel having a resistance of a certain level or higher.
  • Figure 4 is a control block diagram of an induction heating device according to an embodiment.
  • Figure 5 is a block diagram of a coil driving circuit according to an embodiment of the present disclosure.
  • the induction heating device 1 may include a coil driving circuit 4 for supplying a driving current to the heating coil 434 described above.
  • the coil drive circuit 4 converts the power supplied from the power supply unit 400 and the power supply unit 400 into alternating current to supply power to the heating coil 434 for heating the container 10. It may include the circuit configuration provided.
  • the coil driving circuit 4 includes a filter unit 410 that removes noise components included in the power supplied from the power supply unit 400, and an alternating current voltage supplied from the power supply unit 400. It may include a rectifier 420 that converts the voltage into a direct current voltage, a power factor correction (PFC) circuit 440 (hereinafter referred to as 'PFC circuit'), and an inverter 430.
  • a filter unit 410 that removes noise components included in the power supplied from the power supply unit 400, and an alternating current voltage supplied from the power supply unit 400. It may include a rectifier 420 that converts the voltage into a direct current voltage, a power factor correction (PFC) circuit 440 (hereinafter referred to as 'PFC circuit'), and an inverter 430.
  • PFC power factor correction
  • the power supply unit 400 may provide alternating current voltage to the coil driving circuit 4.
  • the power unit 400 may include an external power source and/or a switch for blocking or allowing the external power source.
  • the filter unit 410 may include a filter circuit composed of a transformer and a capacitor, and can remove noise mixed in the power supplied from the power unit 400.
  • the rectifier 420 may include a rectifier circuit and convert the alternating current voltage supplied from the power supply unit 400 into direct current voltage. That is, the rectifier 420 can rectify AC input power.
  • the rectifier 420 may include a bridge rectifier circuit composed of a plurality of diodes.
  • the bridge rectifier circuit may include four diodes. Two diodes are connected in series to form a diode pair, and two diode pairs can be connected in parallel to each other.
  • a bridge diode can convert an alternating current whose polarity changes with time into a voltage with a constant polarity, and convert an alternating current whose direction changes with time into a current whose direction is constant.
  • the rectifier 420 may not include a direct current link capacitor.
  • the output terminal of the rectifier 420 may not be connected to the DC link capacitor, but may be connected to the PFC circuit unit 440.
  • the PFC circuitry may include an interleaved boost PFC circuit configuration.
  • the PFC circuit may serve to improve the power factor of the output power supplied by the output terminal of the rectifier 420 and bring it closer to 1.
  • the PFC circuit unit may include at least two inductors connected in parallel with each other, at least two diodes connected to the at least two inductors, and at least two switching elements 443a and 443b connected to the at least two inductors.
  • At least two inductors may include a first inductor (441a; see FIG. 6) and a second inductor (441b; see FIG. 6), and at least two switching elements (443a, 443b) may include the first inductor (441a) and the second inductor (441b; see FIG. 6). It may include a first switching element 443a connected to the second switching element 443b connected to a second inductor 441b.
  • the first switching element 443a and the second switching element 443b operate complementary to each other, thereby improving the power factor of the voltage rectified by the rectifier 420.
  • Complementarily operating two switching elements may mean turning the two switching elements on/off alternately. That is, operating two switching elements complementary may include operating the two switching elements with a phase difference of 180 degrees.
  • the first switching element 443a and the second switching element 443b can be turned on/off by a switch driving signal.
  • the switch driving signal may be provided by the control unit 150, and the control unit 150 turns the first switching element 443a and the second switching element 443b on/off alternately to operate the rectifier 420.
  • the rectified voltage can be smoothed.
  • the first switching element 443a and the second switching element 443b may be implemented as a three-terminal semiconductor element switch with a fast response speed in order to turn on/off at high speed.
  • the first switching element 443a and the second switching element 443b include a bipolar junction transistor (BJT), a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET), It may be an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a thyristor.
  • the PFC circuit unit 440 may be connected to the DC link capacitor 444, and the smoothed voltage by the PFC circuit unit 440 and the DC link capacitor 444 may be provided to the inverter unit 430. there is.
  • the inverter unit 430 may include an upper switching element 431a and a lower switching element 431b.
  • the upper switching element 431a and the lower switching element 431b operate complementary to each other to allow alternating current to flow in the heating coil 434.
  • the upper switching element 431a and the lower switching element 431b can be turned on/off by a switch driving signal.
  • the switch driving signal may be provided by the control unit 150, and the control unit 150 turns the upper switching element 431a and the lower switching element 431b on/off alternately to supply the heating coil 434. High-frequency alternating current can be supplied.
  • the top switching element 431a and the bottom switching element 431b can be implemented as a three-terminal semiconductor switch with a fast response speed in order to turn on/off at high speed.
  • the top switching element 431a and the bottom switching element 431b are a bipolar junction transistor (BJT), a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET), and an insulated gate. It may be an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a thyristor.
  • the coil driving circuit 4 may include a current sensor 432 (see FIG. 6) that detects the current supplied to the heating coil 434.
  • a current sensor 432 may be installed in the current path between the connection point of the upper switching element 431a and the lower switching element 431b and the heating coil 434.
  • the current sensor 432 can detect the magnitude of the current flowing in the heating coil 434 or the magnitude of the driving current supplied to the heating coil 434.
  • the current sensor 432 may include a current transformer that proportionally reduces the magnitude of the driving current supplied to the heating coil 434 and an ampere meter that detects the magnitude of the proportionally reduced current.
  • Information about the magnitude of the current detected by the current sensor 432 may be provided to the control unit 150.
  • the control unit 150 may adjust the magnitude of the high-frequency current applied to the heating coil 434 based on information about the magnitude of the detected current.
  • control unit 150 may determine whether the container 10 is located on the heating coil 434 based on information about the magnitude of the detected current. For example, when the magnitude of the detected current is lower than the reference value, it may be determined that the container 10 is located on the heating coil 434. Conversely, the control unit 150 may determine that the container 10 is not located on the heating coil 434 when the magnitude of the detected current is greater than or equal to the reference value.
  • control unit 150 determines that the container 10 is not located on the heating coil 434 while applying a high-frequency current to the heating coil 434, the control unit 150 blocks the high-frequency current applied to the heating coil 434.
  • the stability of the induction heating device (1) can be improved.
  • control unit 150 can determine whether the container 10 is located on the heating coil 434 before performing the operation of applying a high-frequency current to the heating coil 434, that is, before entering the heating mode. And, if the container 10 is not located on the heating coil 434, the high-frequency current may not be applied to the heating coil 434. That is, high-frequency current can be applied to the heating coil 434 only when the container 10 is located on the heating coil 434.
  • the induction heating device 1 may include a control unit 150 that controls the operation of the induction heating device 1.
  • the control unit 150 may include at least one memory 152 storing a program for performing operations described later and at least one processor 151 executing the stored program.
  • At least one processor 151 may include a microprocessor.
  • a microprocessor is a processing device equipped with an arithmetic logic operator, registers, program counter, instruction decoder, control circuit, etc. on at least one silicon chip.
  • the microprocessor may include a graphics processor (Graphic Processing Unit, GPU) for graphic processing of images or videos.
  • a microprocessor can be implemented in the form of a SoC (System On Chip) that includes a core and GPU.
  • Microprocessors may include single core, dual core, triple core, quad core, and multiple cores.
  • At least one processor 151 may include an input/output processor that mediates data input and output between various components included in the induction heating device 1 and the control unit 150.
  • At least one memory 152 may include non-volatile memory such as read-only memory (ROM), high-speed random access memory (RAM), magnetic disk storage, flash memory, or other types of non-volatile semiconductor memory devices.
  • non-volatile memory such as read-only memory (ROM), high-speed random access memory (RAM), magnetic disk storage, flash memory, or other types of non-volatile semiconductor memory devices.
  • At least one memory 152 is a semiconductor memory device, such as a Secure Digital (SD) memory card, a Secure Digital High Capacity (SDHC) memory card, a mini SD memory card, a mini SDHC memory card, or a Trans Flach (TF) memory. It may include one of a card, micro SD memory card, micro SDHC memory card, memory stick, CF (Compact Flach), MMC (Multi-Media Card), MMC micro, or XD (eXtreme Digital) card.
  • SD Secure Digital
  • SDHC Secure Digital High Capacity
  • TF Trans Flach
  • At least one memory 152 may include a network attached storage device accessed through a network.
  • the control unit 150 may control the induction heating device 1 based on the user input received through the input device 130.
  • the input device 130 may receive user input regarding power on/off, selection of the cooking zones 111, 112, and 113, selection of heating intensity of the selected cooking zone, timer setting, etc.
  • control unit 150 may select the heating coil 434 to supply high-frequency power according to the selection of the cooking zone received by the input device 130, and select the heating intensity received by the input device 130. Accordingly, the strength of the magnetic field generated by the heating coil 434 can be adjusted. However, of course, if the induction heating device 1 includes only one cooking zone, the heating intensity can be selected directly without selecting the cooking zone.
  • the control unit 150 may determine the switching frequencies of the upper switching element 431a and the lower switching element 431b based on the selected heating intensity.
  • the control unit 150 alternately turns on/off the upper switching element 431a and the lower switching element 431b according to the determined on/off frequency, thereby sending a high-frequency current of a frequency corresponding to the selected heating intensity to the heating coil 434. It can be approved.
  • control unit 150 can control the power supply unit 400 so that power from the power supply unit 400 is supplied to the coil driving circuit 4.
  • the display 120 may display information about the current state of the induction heating device 1, may display information to guide selection of a cooking zone or heating intensity, and may display information to guide timer settings. can also be displayed. Additionally, a notification indicating the presence or absence of the container 10 may be displayed.
  • Figure 6 shows an example of a coil driving circuit according to an embodiment of the present disclosure.
  • the coil driving circuit 4 includes a power supply unit 400, a filter circuit 410, a rectifier circuit 420, a PFC circuit 440, and a direct current link capacitor 444. and an inverter circuit 430.
  • the filter circuit 410, the rectifier circuit 420, the PFC circuit 440, and the inverter circuit 430 are the filter unit 410, rectifier unit 420, PFC circuit unit 440, and inverter unit 430 in FIG. 5, respectively. It means the circuit configuration corresponding to .
  • the power supply unit 400 is an alternating current power source and can supply power corresponding to the rated voltage.
  • the rated voltage may correspond to 100V to 240V, but examples of the rated voltage are not limited thereto.
  • the filter circuit 410 may be composed of an inductor and a capacitor provided between the input end and the output end.
  • the inductor blocks the passage of high-frequency noise, and the capacitor can bypass the high-frequency noise to the power supply unit 400.
  • the filter circuit 410 includes at least one of a common mode filter, a normal mode filter, an across the line capacitor (X-CAP), a line bypass capacitor (Y-CAP), and a varistor, depending on the embodiment. can do.
  • AC power from which high-frequency noise has been blocked by the filter circuit 410 may be supplied to the rectifier circuit 420.
  • the rectifier circuit 420 can convert alternating current power into direct current power. Converts alternating current voltage, whose size and polarity (positive or negative voltage) changes with time, into direct current voltage, which has constant size and polarity, and whose size and direction (positive or negative current) changes with time. Alternating current can be converted into direct current with a constant magnitude.
  • the rectifier circuit 420 may include a bridge diode.
  • the rectifier circuit 420 may include four diodes 421, 422, 423, and 424. Two diodes are connected in series to form diode pairs (421 / 422 and 423 / 424), and the two diode pairs can be connected in parallel with each other.
  • a bridge diode can convert an alternating current whose polarity changes with time into a positive voltage whose polarity is constant, and can convert an alternating current whose direction changes with time into a positive current whose direction is constant.
  • the rectifier circuit 420 includes a diode pair (421, 422) connected to the first terminal (T1) of the power supply unit 400, and a diode pair (423, 424) connected to the second terminal (T2) of the power supply unit 400. can do.
  • the rectifier circuit 420 may include an output node 425 and a ground node (GND).
  • the output node 425 may refer to a node corresponding to the cathode of the upper diodes 421 and 423.
  • ground node may refer to a node corresponding to the anode of the lower diodes 422 and 424.
  • a PFC circuit 440 may be connected between the output node 425 and the ground node (GND).
  • the power rectified through the rectifier circuit 420 can be applied to the PFC circuit 440.
  • the PFC circuit 440 may include a plurality of inductors 441a and 441b, a plurality of diodes 442a and 442b, and a plurality of switching elements 443a and 443b.
  • the PFC circuit 440 includes a first inductor 441a connected to the output node 425 of the rectifier circuit 420, a first inductor 441a connected to the output node 425 of the rectifier circuit 420, and a first inductor 441a connected to the output node 425 of the rectifier circuit 420.
  • GND ground node
  • the first switching element 443a includes a control terminal (e.g., gate terminal) to which a control signal is applied, a first terminal (e.g., source terminal) connected to the first inductor 441a, and a first terminal connected to the ground node (GND). It may include two terminals (e.g. drain terminal).
  • the second switching element 443b is connected to a control terminal (e.g., gate terminal) to which a control signal is applied, a first terminal (e.g., source terminal) connected to the second inductor 441b, and a ground node (GND). It may include two terminals (e.g. drain terminal).
  • a control terminal e.g., gate terminal
  • a first terminal e.g., source terminal
  • GND ground node
  • One end of the first inductor 441a may be connected to the output node 425 of the rectifier circuit 420, and the other end may be connected to the anode of the first diode 442a and the first terminal of the first switching element 443a. You can.
  • One end of the second inductor 441b may be connected to the output node 425 of the rectifier circuit 420, and the other end may be connected to the anode of the second diode 442b and the source terminal of the second switching element 443b. there is.
  • the inductance values of the first inductor 441a and the second inductor 441b may be preset based on the capacitance value of the DC link capacitor 444.
  • the anode of the first diode 442a may be connected to the first inductor 441a and the first switching element 443a.
  • the cathode of the first diode 442a may be connected to the DC link capacitor 444.
  • the anode of the second diode 442b may be connected to the second inductor 441b and the second switching element 443b.
  • the cathode of the second diode 442b may be connected to the DC link capacitor 444.
  • One end of the DC link capacitor 444 may be connected to the first diode 442a and the second diode 442b, and the other end may be connected to the ground node (GND).
  • GND ground node
  • the direct current link capacitor 444 may be provided between the PFC circuit 440 and the inverter circuit 430.
  • the DC link capacitor 444 may include a plurality of capacitors connected to each other.
  • the DC link capacitor 444 may include a plurality of capacitors connected in parallel with each other.
  • the coil driving circuit 4 includes a PFC circuit 440 consisting of a plurality of inductors 441a and 441b, a plurality of diodes 442a and 442b, and a plurality of switching elements 443a and 443b, Noise during operation of the heating coil 434 can be improved.
  • the direct current link capacitor 444 is provided between the PFC circuit 440 and the inverter circuit 430, so that noise during operation of the heating coil 434 can be improved.
  • the inverter circuit 430 may include an upper switching element 431a and a lower switching element 431b.
  • the top switching element 431a includes a control terminal (e.g., gate terminal) to which a control signal is applied, a first terminal (e.g., source terminal) connected to one end of the DC link capacitor 444, and a bottom switching element (431b). ) may include a second terminal (e.g., drain terminal) connected to the terminal.
  • a control terminal e.g., gate terminal
  • a first terminal e.g., source terminal
  • a second terminal e.g., drain terminal
  • the lower switching element 431b has a control terminal to which a control signal is applied (e.g., gate terminal), a first terminal (e.g., source terminal) connected to the second terminal of the upper switching element 431a, and a ground node (GND). ) may include a second terminal (e.g., drain terminal) connected to the terminal.
  • a control terminal to which a control signal is applied e.g., gate terminal
  • a first terminal e.g., source terminal
  • GND ground node
  • a heating coil 434 may be connected to the common node of the upper switching element 431a and the lower switching element 431b.
  • a current sensor 432 for measuring the current applied to the heating coil 434 may be provided at the common node of the upper switching element 431a and the lower switching element 431b.
  • the inverter circuit 430 may further include an upper resonance capacitor 436a and a lower resonance capacitor 436b.
  • One end of the top resonance capacitor 436a may be connected to the first terminal of the first switching element 443a, and the other end may be connected to the bottom resonance capacitor 436b.
  • One end of the lower resonance capacitor 436b may be connected to the upper resonance capacitor 436a, and the other end may be connected to the ground node (GND).
  • GND ground node
  • the common node of the top resonance capacitor 436a and the bottom resonance capacitor 436b may be connected to the heating coil 434.
  • the heating coil 434 may be connected between the common node of the first switching element 443a and the second switching element 443b and the common node of the upper resonance capacitor 436a and the lower resonance capacitor 436b. there is.
  • the control unit may control the switching operation of the first switching element 443a and the second switching element 443b of the PFC circuit 440.
  • control unit may control the switching operations of the upper switching element 431a and the lower switching element 431b of the inverter circuit 430.
  • the power with the power factor improved by the PFC circuit 440 is applied to the heating coil 434 through the inverter circuit 430, so that noise caused by driving the heating coil 434 can be improved.
  • the output power applied to the heating coil 434 can be improved.
  • Figures 7 and 8 show an example of current flow when the input voltage has a positive value in the coil driving circuit according to one embodiment.
  • the flow of current in the coil driving circuit 4 can be confirmed when the input voltage has a positive value.
  • the input voltage has a positive value
  • it may mean that a positive voltage is applied to the first terminal (T1) of the power supply unit 400.
  • the first terminal T1 of the power supply unit 400 may be connected to the diode pair 421 and 422.
  • the input voltage has a negative value
  • it may mean that a positive voltage is applied to the second terminal T2 of the power supply unit 400.
  • the second terminal T2 of the power supply unit 400 may be connected to the diode pair 423 and 424.
  • input current may be applied to the output node 425 through the diode 421.
  • the input current flows through the first inductor 441a and the first switching element 443a. It can flow to the ground node (GND). Additionally, the input current may flow to the ground node (GND) through the first inductor 441a, the first diode 442a, and the direct current link capacitor 444.
  • the input current passes through the second inductor 441b and the second switching element 443b to the ground node. It can flow to (GND). Additionally, the input current may flow to the ground node (GND) through the first inductor 441a, the first diode 442a, and the direct current link capacitor 444.
  • 9 and 10 show an example of current flow when the input voltage has a negative value in a coil driving circuit according to an embodiment.
  • the input current may be applied to the output node 425 through the diode 423.
  • the input current passes through the first inductor 441a and the first switching element 443a to the ground node. It can flow to (GND). Additionally, the input current may flow to the ground node (GND) through the first inductor 441a, the first diode 442a, and the direct current link capacitor 444.
  • the input current passes through the second inductor 441b and the second switching element 443b to the ground node. It can flow to (GND). Additionally, the input current may flow to the ground node (GND) through the first inductor 441a, the first diode 442a, and the direct current link capacitor 444.
  • control unit 150 may operate the first switching element 443a and the second switching element 443b in a complementary manner.
  • power smoothed by the DC link capacitor 444 is provided to the inverter circuit 430, thereby reducing noise generated when the heating coil 434 operates.
  • Figure 11 is a flowchart showing an example of a control method of an induction heating device according to an embodiment.
  • the user can input a command to turn on the power of the induction heating device 1 through the input device 130.
  • the input device 130 may include a power button, and the user can input a command to turn on the induction heating device 1 by selecting the power button.
  • the control unit 150 may receive a user input for turning on the power of the induction heating device 1 through the input device 130 (1000).
  • the control unit 150 may control the PFC circuit 440 in response to receiving a user input for turning on the power of the induction heating device 1 (1100).
  • control unit 150 may operate the first switching element 443a and the second switching element 443b complementary to each other in response to receiving a user input for turning on the power of the induction heating device. .
  • the operating frequencies of the first switching element 443a and the second switching element 443b may be set in advance and may be set to 30 kHz or more.
  • control unit 150 can control the first switching element 443a and the second switching element 443b so that the switching frequency is 30 kHz or more in response to receiving a user input for turning on the power of the induction heating device. there is.
  • the upper switching element 431a and the lower switching element 431b of the inverter circuit 430 operate complementary, the upper switching element 431a and the lower switching element 431b of the inverter circuit 430 operate. You may not.
  • the control unit 150 operates the first switching element 443a and the second switching element 443b complementary to each other for a preset time in response to receiving a user input for turning on the power of the induction heating device. , the inverter circuit 430 may not operate.
  • the alternating current voltage rectified through the rectifier 420 is transferred to the direct current link capacitor 444 through the switching operation of the first switching element 443a and the second switching element 443b. ) can be smoothed.
  • the control unit 150 may identify the operation setting of the heating coil 434 in response to receiving a user input for turning on the power of the induction heating device.
  • the control unit 150 may control the inverter circuit 430 based on the operation settings of the heating coil 434 (1200). Operation settings of the heating coil 434 may include setting the heating intensity for the cooking zone corresponding to the heating coil 434.
  • control unit 150 determines the switching frequency of the upper switching element 431a and the lower switching element 431b based on the operation settings of the heating coil 434, and switches the upper switching element (431b) according to the determined switching frequency. 431a) and the bottom switching element 431b can be operated complementary.
  • the user can select the heating intensity of the cooking zone corresponding to the heating coil 434 through the input device 130.
  • control unit 150 may determine the switching frequencies of the upper switching element 431a and the lower switching element 431b based on the selected heating intensity.
  • the control unit 150 alternately turns on/off the upper switching element 431a and the lower switching element 431b based on the switching frequency corresponding to the heating intensity selected through the input device 130, thereby adjusting the heating intensity corresponding to the selected heating intensity.
  • a high-frequency current can be applied to the heating coil 434.
  • the switching frequency of the upper switching element 431a and the lower switching element 431b may be determined to be 20 kHz to 35 kHz depending on the operation setting of the heating coil 434.
  • the first switching element 443a and the second switching element 443b of the PFC circuit 440 are operated based on a preset switching frequency, and the upper switching element 431a of the inverter circuit 430 ) and the lower switching element 431b may be operated based on the operation settings of the heating coil 434.
  • the switching frequency of the first switching element 443a and the second switching element 443b of the PFC circuit 440 may be operated at a preset optimal switching frequency regardless of the operation setting of the heating coil 434.
  • the optimal switching frequency can be set to a frequency appropriate for smoothing the alternating current voltage rectified through the rectifier circuit 420.
  • the switching frequencies of the first switching element 443a and the second switching element 443b of the PFC circuit 440 may be determined based on the operation settings of the heating coil 434.
  • the PFC circuit 440 including at least two inductors and two switching elements is provided between the rectifier circuit 420 and the inverter circuit 430 to provide a smoothed voltage to the heating coil 434. can do.
  • magnetic field noise generated when the heating coil 434 operates can be reduced.
  • the disclosed embodiments may be implemented in the form of a recording medium that stores instructions executable by a computer. Instructions may be stored in the form of program code, and when executed by a processor, may create program modules to perform operations of the disclosed embodiments.
  • the recording medium may be implemented as a computer-readable recording medium.
  • Computer-readable recording media include all types of recording media storing instructions that can be decoded by a computer. For example, there may be read only memory (ROM), random access memory (RAM), magnetic tape, magnetic disk, flash memory, optical data storage, etc.
  • ROM read only memory
  • RAM random access memory
  • magnetic tape magnetic tape
  • magnetic disk magnetic disk
  • flash memory optical data storage
  • computer-readable recording media may be provided in the form of non-transitory storage media.
  • 'non-transitory storage medium' simply means that it is a tangible device and does not contain signals (e.g. electromagnetic waves). This term refers to cases where data is semi-permanently stored in a storage medium and temporary storage media. It does not distinguish between cases where it is stored as .
  • a 'non-transitory storage medium' may include a buffer where data is temporarily stored.
  • Computer program products are commodities and can be traded between sellers and buyers.
  • the computer program product may be distributed in the form of a machine-readable recording medium (e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)) or via an application store (e.g. Play StoreTM) or on two user devices (e.g. It can be distributed (e.g. downloaded or uploaded) directly between smartphones) or online.
  • a machine-readable recording medium e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)
  • an application store e.g. Play StoreTM
  • two user devices e.g. It can be distributed (e.g. downloaded or uploaded) directly between smartphones) or online.
  • at least a portion of the computer program product e.g., a downloadable app
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Abstract

개선된 회로 구성을 갖는 유도가열장치는, 가열코일; 교류 입력 전원을 정류하는 정류 회로; 상기 정류 회로와 연결된 역률 개선(PFC; Power Factor Correction) 회로; 상기 PFC 회로와 연결된 직류 링크 커패시터; 및 상기 직류 링크 커패시터와 연결되고, 상기 가열코일에게 구동 전류를 인가하는 인버터 회로;를 포함하고, 상기 PFC 회로는, 상기 정류 회로의 출력 노드와 연결되는 제1 인덕터; 상기 정류 회로의 출력 노드와 연결되고, 상기 제1 인덕터와 병렬로 연결된 제2 인덕터; 상기 제1 인덕터 및 상기 직류 링크 커패시터와 연결된 제1 다이오드; 상기 제2 인덕터 및 상기 직류 링크 커패시터와 연결된 제2 다이오드; 상기 제1 인덕터 및 그라운드 노드와 연결된 제1 스위칭 소자; 및 상기 제2 인덕터 및 상기 그라운드 노드와 연결된 제2 스위칭 소자;를 포함할 수 있다.

Description

유도가열장치 및 유도가열장치의 제어방법
개시된 발명은 개선된 회로 구성을 갖는 유도가열장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유도가열장치는 유도 가열의 원리를 이용하여 식품을 가열 조리하는 조리 장치이다. 유도가열장치는 조리 용기가 올려 놓이는 쿠킹 플레이트와, 전류가 인가되면 자기장을 발생시키는 가열코일을 구비한다.
가열코일에 전류가 인가되어 자기장이 발생되면 조리용기에 2차 전류가 유도되고, 조리 용기 자체의 저항 성분에 의해 줄 열(joule heat)이 발생하게 된다. 따라서, 고주파 전류에 의해 조리 용기가 가열되고 조리 용기에 담긴 식품이 조리된다.
이러한 유도가열장치는, 조리 용기 자체를 발열원으로 이용하므로, 화석 연료를 연소시켜 그 연소열을 통해 조리 용기를 가열하는 가스 레인지 또는 등유 풍로 등에 비하여 열 전달율이 높으며, 유해 가스의 발생이 없으며, 화재 발생의 위험이 없다는 장점이 있다.
개시된 발명의 일 측면은, 개선된 성능을 갖는 유도가열장치를 제공한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 유도가열장치는, 가열코일; 교류 입력 전원을 정류하는 정류 회로; 상기 정류 회로와 연결된 역률 개선(PFC; Power Factor Correction) 회로; 상기 PFC 회로와 연결된 직류 링크 커패시터; 및 상기 직류 링크 커패시터와 연결되고, 상기 가열코일에게 구동 전류를 인가하는 인버터 회로;를 포함하고, 상기 PFC 회로는, 상기 정류 회로의 출력 노드와 연결되는 제1 인덕터; 상기 정류 회로의 출력 노드와 연결되고, 상기 제1 인덕터와 병렬로 연결된 제2 인덕터; 상기 제1 인덕터 및 상기 직류 링크 커패시터와 연결된 제1 다이오드; 상기 제2 인덕터 및 상기 직류 링크 커패시터와 연결된 제2 다이오드; 상기 제1 인덕터 및 그라운드 노드와 연결된 제1 스위칭 소자; 및 상기 제2 인덕터 및 상기 그라운드 노드와 연결된 제2 스위칭 소자;를 포함할 수 있다.
상기 유도가열장치는, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 유도가열장치의 전원을 온시키기 위한 사용자 입력을 수신한 것에 응답하여 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 서로 상보적으로 동작시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 스위칭 주파수가 30kHz 이상이 되도록 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
또한, 상기 인버터 회로는 상단 스위칭 소자와 하단 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 가열코일의 동작 설정에 기초하여 상기 상단 스위칭 소자와 상기 하단 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 결정하고, 상기 결정된 스위칭 주파수에 따라 상기 상단 스위칭 소자와 상기 하단 스위칭 소자를 상보적으로 동작시킬 수 있다.
또한, 상기 직류 링크 커패시터는, 서로 연결된 복수 개의 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 인버터 회로는, 상단 스위칭 소자, 하단 스위칭 소자, 상단 공진 커패시터 및 하단 공진 커패시터를 포함하고, 상기 가열코일은, 상기 상단 공진 커패시터와 상기 하단 공진 커패시터의 공통 노드와 상기 상단 스위칭 소자와 상기 하단 스위칭 소자의 공통 노드 사이에 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 다이오드의 양극은, 상기 제1 인덕터와 상기 제1 다이오드와 상기 제1 스위칭 소자의 공통 노드일 수 있다.
또한, 상기 제2 다이오드의 양극은, 상기 제2 인덕터와 상기 제2 다이오드와 상기 제2 스위칭 소자의 공통 노드일 수 있다.
또한, 상기 직류 링크 커패시터는, 상기 제1 다이오드의 음극 및 상기 그라운드 노드와 연결될 수 있다.
또한, 상기 직류 링크 커패시터는, 상기 제2 다이오드의 음극 및 상기 그라운드 노드와 연결될 수 있다.
또한, 상기 인버터 회로는, 상기 제1 다이오드의 음극 또는 상기 제2 다이오드의 음극 및 제1 노드와 연결되는 상단 스위칭 소자; 및 상기 제1 노드 및 상기 그라운드 노드와 연결되는 하단 스위칭 소자;를 포함할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 유도가열장치의 제어방법은, 교류 입력 전원을 정류하는 정류 회로; 상기 정류 회로와 연결된 역률 개선(PFC; Power Factor Correction) 회로; 상기 PFC 회로와 연결된 직류 링크 커패시터; 및 상기 직류 링크 커패시터와 연결되고, 가열코일에게 구동 전류를 인가하는 인버터 회로;를 포함하는 유도가열장치의 제어방법에 있어서, 상기 PFC 회로는, 상기 정류 회로의 출력 노드와 연결되는 제1 인덕터; 상기 정류 회로의 출력 노드와 연결되고, 상기 제1 인덕터와 병렬로 연결된 제2 인덕터; 상기 제1 인덕터 및 상기 직류 링크 커패시터와 연결된 제1 다이오드; 상기 제2 인덕터 및 상기 직류 링크 커패시터와 연결된 제2 다이오드; 상기 제1 인덕터 및 그라운드 노드와 연결된 제1 스위칭 소자; 및 상기 제2 인덕터 및 상기 그라운드 노드와 연결된 제2 스위칭 소자;를 포함하고, 상기 유도가열장치의 제어방법은, 상기 유도가열장치의 전원을 온시키기 위한 사용자 입력을 수신한 것에 응답하여 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 서로 상보적으로 동작시키는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 서로 상보적으로 동작시키는 것은, 스위칭 주파수가 30kHz 이상이 되도록 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 제어하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 인버터 회로는 상단 스위칭 소자와 하단 스위칭 소자를 포함하고, 상기 유도가열장치의 제어방법은, 상기 가열코일의 동작 설정에 기초하여 상기 상단 스위칭 소자와 상기 하단 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 결정하고; 상기 결정된 스위칭 주파수에 따라 상기 상단 스위칭 소자와 상기 하단 스위칭 소자를 상보적으로 동작시키는 것;을 더 포함할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 유도가열장치의 동작 중에 발생하는 소음을 억제할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 크기가 작은 조리용기 또는 투자율이 낮은 재질로 만들어진 조리용기에 대한 가열 성능을 개선할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 유도가열장치의 외관도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 유도가열장치의 내부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 유도가열장치가 조리 용기를 가열하는 원리를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 유도가열장치의 제어 블록도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 코일구동회로의 블록도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 코일구동회로의 일 예를 도시한다.
도 7 및 도 8은 일 실시예에 따른 코일구동회로에 있어서, 입력 전압이 양의 값을 가질 때의 전류의 흐름의 일 예를 도시한다.
도 9 및 도 10는 일 실시예에 따른 코일구동회로에 있어서, 입력 전압이 음의 값을 가질 때의 전류의 흐름의 일 예를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 유도가열장치의 제어방법의 일 예를 도시한 순서도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다.
예를 들어, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 표현하고자 하는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합의 추가적인 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는다.
또한, "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위하여 사용되며, 하나의 구성요소들을 한정하지 않는다.
또한, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 용어들은 FPGA (field-programmable gate array)/ ASIC (application specific integrated circuit) 등 적어도 하나의 하드웨어, 메모리에 저장된 적어도 하나의 소프트웨어 또는 프로세서에 의하여 처리되는 적어도 하나의 프로세스를 의미할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 개시된 발명의 일 실시예가 상세하게 설명된다. 첨부된 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낼 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 유도가열장치의 외관을 도시하고, 도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 유도가열장치의 가열 원리를 나타내기 위한 도면이다.
도 1은 일 실시예에 따른 유도가열장치의 외관을 도시하고, 도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 유도가열장치의 가열 원리를 나타내기 위한 도면이다.
도 1은 일 실시예에 따른 유도가열장치(1)를 위에서 내려다 본 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 유도가열장치(1)는 본체(101)의 상부에 마련되는 플레이트(110), 플레이트(110) 상에 형성된 쿠킹 존(111, 112, 113) 및 입출력 장치로서 기능하는 사용자 인터페이스(120, 130)를 포함할 수 있다. 일 예로, 플레이트(110)는 세라믹으로 구현될 수 있다.
쿠킹 존(111, 112, 113)은 조리 용기가 놓여지는 위치를 나타내며, 조리 용기의 적절한 배치를 가이드하기 위해 도번 111로 표시한 바와 같이 원형의 형상으로 나타내거나 도번 112, 113으로 표시한 바와 같이 직선의 경계선으로 나타낼 수 있다.
다만, 전술한 형상들은 쿠킹 존(111, 112, 113)을 나타내기 위한 형상의 예시에 불과하고, 원형이나 직선이 아니더라도 사용자에게 쿠킹 존의 위치를 가이드할 수만 있으면 유도가열장치(1)의 실시예에 적용될 수 있다.
또한, 당해 예시에서는 플레이트(110) 상에 쿠킹 존이 3개 형성된 경우를 도시하였으나, 유도가열장치(1)의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 쿠킹 존이 1개만 형성되는 것도 가능하고, 4개 이상의 쿠킹 존이 형성되는 것도 가능함은 물론이다.
플레이트(110)의 일 영역에는 디스플레이(120)와 입력장치(130)가 마련될 수 있다. 디스플레이(120)는 LCD나 LED와 같은 디스플레이 장치를 포함할 수 있고, 입력장치(130)는 터치 패드, 버튼, 죠그 셔틀 등의 다양한 입력 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또는, 디스플레이(120)와 입력장치(130)가 터치 스크린을 구현하는 것도 가능하다.
당해 예시에서는 플레이트(110) 상의 쿠킹 존(111, 112, 113)과 이격된 위치에 디스플레이(120)와 입력장치(130)가 마련된 경우를 예로 들었다. 다만, 도 1의 배치는 유도가열장치(1)에 적용 가능한 예시에 불과하며, 유도가열장치(1)의 전면과 같이 플레이트(110)가 아닌 다른 위치에 디스플레이(120)나 입력장치(130)가 마련되는 것도 가능하다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 플레이트(110)의 하부에는 플레이트(110) 상에 놓여진 용기(10)를 가열하기 위해 사용되는 가열코일(434)이 배치될 수 있다. 도 2 및 도 3에는 설명의 편의를 위해 하나의 가열코일(434)만을 도시하였으나, 가열코일(434)은 쿠킹 존의 개수에 대응하여 마련될 수 있다.
도 1의 예시와 같이 쿠킹 존(111, 112, 113)이 3개인 경우에는 가열코일(434)도 3개 마련될 수 있고, 각각의 가열코일(434)은 각각의 쿠킹 존(111, 112, 113) 하부에 배치될 수 있다.
가열코일(434)은 후술하는 코일구동회로(4, 도 5 참조)에 연결될 수 있고, 코일구동회로(5)로부터 고주파 전류가 인가될 수 있다. 일 예로, 고주파 전류의 주파수는 20kHz 내지 35kHz 일 수 있다.
가열코일(434)에 고주파 전류가 공급되면, 가열코일(434)에는 자력선(ML)이 형성될 수 있다. 자력선(ML)이 미치는 범위 내에 저항을 갖는 용기(10)가 위치하면, 가열코일(434) 주변의 자력선(ML)이 용기(10)의 바닥을 통과하여 전자 유도 법칙에 따라 와류 형태의 유도 전류, 즉 와전류(EC)를 발생시킨다.
이러한 와전류(EC)와 용기(10)가 갖는 전기 저항의 상호 작용에 의해 용기(10)에서 열이 발생할 수 있고, 발생된 열에 의해 용기(10) 내부의 조리물이 가열될 수 있다.
이와 같은 유도가열장치(1)에서는 용기(10) 자체가 발열원으로 작용하기 때문에, 용기(10)의 재질로는 일정 수준 이상의 저항을 갖는 금속성인 철이나 스테인리스 스틸, 니켈 등이 사용될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 유도가열장치의 제어 블록도이다. 도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 코일구동회로의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 유도가열장치(1)는 전술한 가열코일(434)에 구동 전류를 공급하기 위한 코일구동회로(4)를 포함할 수 있다.
코일구동회로(4)는 가열코일(434)에 용기(10)의 가열을 위한 전력을 공급하는 전원부(400) 및 전원부(400)로부터 공급되는 전력을 교류 전류로 변환하여 가열코일(434)에 제공하는 회로 구성을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에서, 코일구동회로(4)는 전원부(400)로부터 공급되는 전력에 포함된 노이즈 성분을 제거하는 필터부(410)와, 전원부(400)로부터 공급된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류부(420)와, 역률 개선(PFC; Power Factor Correction) 회로부(440)(이하 'PFC 회로부')와, 인버터부(430)를 포함할 수 있다.
전원부(400)는 코일구동회로(4)에 교류 전압을 제공할 수 있다.
이를 위해, 전원부(400)는 외부 전원 및/또는 외부 전원을 차단하거나 허용하기 위한 스위치를 포함할 수 있다.
필터부(410)는 변압기와 커패시터로 구성된 필터 회로를 포함할 수 있으며, 전원부(400)으로부터 공급되는 전력에 혼입되는 노이즈를 제거할 수 있다.
정류부(420)는 정류 회로를 포함할 수 있으며, 전원부(400)로부터 공급된 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있다. 즉, 정류부(420)는 교류 입력 전원을 정류할 수 있다.
이를 위해, 정류부(420)는 복수의 다이오드로 구성되는 브릿지 정류 회로를 포함할 수 있다. 일 예로, 브릿지 정류 회로는 4개의 다이오드를 포함할 수 있다. 다이오드는 2개씩 직렬 연결된 다이오드 쌍을 형성하고, 2개의 다이오드 쌍은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 브릿지 다이오드는 시간에 따라 극성이 변화하는 교류 전압을 극성이 일정한 전압으로 변환하고, 시간에 따라 방향이 변화하는 교류 전류를 방향이 일정한 전류로 변환할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 정류부(420)는 직류 링크 커패시터를 포함하지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 정류부(420)의 출력 단자는 직류 링크 커패시터와 연결되지 않고, PFC 회로부(440)와 연결될 수 있다.
PFC 회로부는 인터리브트 부스트 PFC 회로 구성을 포함할 수 있다.
PFC 회로부는 정류부(420)의 출력 단자에 의해 공급되는 출력 전력의 역률을 개선하여 1에 근접시키는 역할을 할 수 있다.
이를 위해, PFC 회로부는 서로 병렬로 연결된 적어도 두 개의 인덕터와, 적어도 두 개의 인덕터와 연결된 적어도 두 개의 다이오드와, 적어도 두 개의 인덕터와 연결된 적어도 두 개의 스위칭 소자(443a, 443b)를 포함할 수 있다.
적어도 두 개의 인덕터는 제1 인덕터(441a; 도 6 참조)와 제2 인덕터(441b; 도 6 참조)를 포함할 수 있으며, 적어도 두 개의 스위칭 소자(443a, 443b)는 제1 인덕터(441a)와 연결된 제1 스위칭 소자(443a) 및 제2 인덕터(441b)와 연결된 제2 스위칭 소자(443b)를 포함할 수 있다.
제1 스위칭 소자(443a)와 제2 스위칭 소자(443b)는 서로 상보적으로 작동함으로써, 정류부(420)에 의해 정류된 전압의 역률을 개선할 수 있다. 두 개의 스위칭 소자를 상보적으로 동작시키는 것은, 두 개의 스위칭 소자를 교번하여 온/오프 시키는 것을 의미할 수 있다. 즉, 두 개의 스위칭 소자를 상보적으로 동작시키는 것은, 두 개의 스위칭 소자를 180도의 위상 차로 동작시키는 것을 포함할 수 있다.
제1 스위칭 소자(443a)와 제2 스위칭 소자(443b)는 스위치 구동신호에 의해 온/오프 될 수 있다. 이 때, 스위치 구동 신호는 제어부(150)에 의해 제공될 수 있고, 제어부(150)는 제1 스위칭 소자(443a)와 제2 스위칭 소자(443b)를 서로 교번하여 온/오프시킴으로써 정류부(420)에 의해 정류된 전압을 평활할 수 있다.
제1 스위칭 소자(443a)와 제2 스위칭 소자(443b)는 고속으로 온/오프되기 위해, 응답속도가 빠른 3단자 반도체 소자 스위치로 구현될 수 있다. 예를 들면, 제1 스위칭 소자(443a)와 제2 스위칭 소자(443b)는 양극성 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor, BJT), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT) 또는 사이리스터(thyristor)일 수 있다.
다양한 실시예에 따라, PFC 회로부(440)는 직류 링크 커패시터(444)와 연결될 수 있으며, PFC 회로부(440)와 직류 링크 커패시터(444)에 의해 평활된 전압이 인버터부(430)로 제공될 수 있다.
인버터부(430)는 상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)를 포함할 수 있다.
상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)는 서로 상보적으로 작동함으로써 가열코일(434)에 교류 전류가 흐르게 할 수 있다.
상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)는 스위치 구동신호에 의해 온/오프 될 수 있다. 이 때, 스위치 구동 신호는 제어부(150)에 의해 제공될 수 있고, 제어부(150)는 상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)를 서로 교번하여 온/오프시킴으로써 가열코일(434)에 고주파 교류 전류를 공급할 수 있다.
상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)는 고속으로 온/오프되기 위해, 응답속도가 빠른 3단자 반도체 소자 스위치로 구현될 수 있다. 예를 들면, 상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)는 양극성 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor, BJT), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT) 또는 사이리스터(thyristor)일 수 있다.
또한, 코일구동회로(4)는 가열코일(434)에 공급되는 전류를 감지하는 전류센서(432; 도 6 참조)를 포함할 수 있다.
상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)의 접속점과 가열코일(434) 사이의 전류 경로에는 전류센서(432)가 설치될 수 있다. 전류센서(432)는 가열코일(434)에 흐르는 전류의 크기 또는 가열코일(434)에 공급되는 구동 전류의 크기를 검출할 수 있다.
전류센서(432)는 가열코일(434)에 공급되는 구동 전류의 크기를 비례 감소시키는 변륜기(Current Transformer)와 비례 감소된 전류의 크기를 검출하는 전류계(Ampere Meter)를 포함할 수 있다.
전류센서(432)에 의해 검출된 전류의 크기에 관한 정보는 제어부(150)에 제공될 수 있다. 제어부(150)는 검출된 전류의 크기에 관한 정보에 기초하여, 가열코일(434)에 인가되는 고주파 전류의 크기를 조절할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 검출된 전류의 크기에 관한 정보에 기초하여, 가열코일(434) 상에 용기(10)가 위치하는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 검출된 전류의 크기가 기준값보다 낮은 경우에 가열코일(434) 상에 용기(10)가 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 반대로, 제어부(150)는 검출된 전류의 크기가 기준값 이상인 경우에는 가열코일(434) 상에 용기(10)가 위치하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
제어부(150)는 가열코일(434)에 고주파 전류를 인가하는 중 가열코일(434) 상에 용기(10)가 위치하지 않는 것으로 판단한 경우에는, 가열코일(434)에 인가되는 고주파 전류를 차단함으로써 유도가열장치(1)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 제어부(150)는 가열코일(434)에 고주파 전류를 인가하는 동작을 수행하기 전, 즉 가열 모드에 진입하기 전에도 가열코일(434) 상에 용기(10)가 위치하는지 여부를 판단할 수 있고, 가열코일(434) 상에 용기(10)가 위치하지 않는 경우에는 가열코일(434)에 고주파 전류를 인가하지 않을 수 있다. 즉, 가열코일(434) 상에 용기(10)가 위치한 경우에만 가열코일(434)에 고주파 전류를 인가할 수 있다.
일 실시예에 따른 유도가열장치(1)는 유도가열장치(1)의 동작을 제어하는 제어부(150)를 포함할 수 있다. 제어부(150)는 후술하는 동작을 수행하는 프로그램이 저장된 적어도 하나의 메모리(152) 및 저장된 프로그램을 실행하는 적어도 하나의 프로세서(151)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 프로세서(151)는 마이크로 프로세서를 포함할 수 있다. 마이크로 프로세서는 적어도 하나의 실리콘 칩에 산술 논리 연산기, 레지스터, 프로그램 카운터, 명령 디코더나 제어 회로 등이 마련되어 있는 처리 장치이다.
마이크로 프로세서는 이미지 또는 비디오의 그래픽 처리를 위한 그래픽 프로세서(Graphic Processing Unit, GPU)를 포함할 수 있다. 마이크로 프로세서는 코어(core)와 GPU를 포함하는 SoC(System On Chip) 형태로 구현될 수 있다. 마이크로 프로세서는 싱글 코어, 듀얼 코어, 트리플 코어, 쿼드 코어 및 그 배수의 코어를 포함할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 프로세서(151)는 유도가열장치(1)에 포함된 각종 구성 요소와 제어부(150) 사이에서의 데이터 출입을 매개하는 입출력 프로세서를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 메모리(152)는 롬(ROM), 고속 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 디스크 저장 장치, 플래시 메모리 장치와 같은 비휘발성 메모리 또는 다른 종류의 비휘발성 반도체 메모리 장치를 포함할 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 메모리(152)는 반도체 메모리 장치로서 SD(Secure Digital) 메모리 카드, SDHC(Secure Digital High Capacity) 메모리 카드, mini SD메모리 카드, mini SDHC 메모리 카드, TF(Trans Flach) 메모리 카드, micro SD 메모리 카드, micro SDHC 메모리 카드, 메모리 스틱, CF(Compact Flach), MMC(Multi-Media Card), MMC micro, XD(eXtreme Digital) 카드 중 하나를 포함할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 메모리(152)는 네트워크를 통하여 액세스되는 네트워크 부착형(attached) 저장 장치를 포함할 수도 있다.
제어부(150)는 입력장치(130)를 통해 수신된 사용자 입력에 기초하여 유도가열장치(1)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 입력장치(130)는 전원 온/오프, 쿠킹 존(111, 112, 113)의 선택, 선택된 쿠킹 존의 가열 세기의 선택, 타이머 설정 등에 관한 사용자 입력을 수신할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는 입력장치(130)가 수신한 쿠킹 존의 선택에 따라 고주파 전력을 공급할 가열코일(434)을 선택할 수 있고, 입력장치(130)가 수신한 가열 세기의 선택에 따라 가열코일(434)이 생성하는 자기장의 세기를 조절할 수 있다. 다만, 유도가열장치(1)가 1개의 쿠킹 존만을 포함하는 경우에는 쿠킹 존의 선택 없이 바로 가열 세기를 선택할 수 있음은 물론이다.
입력장치(130)가 사용자로부터 가열 세기에 대한 선택을 수신하면, 제어부(150)는 선택된 가열 세기에 기초하여 상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)의 스위칭 주파수를 결정할 수 있다. 제어부(150)는 결정된 온/오프 주파수에 따라 상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)를 교번하여 온/오프시킴으로써, 선택된 가열 세기에 대응하는 주파수의 고주파 전류를 가열코일(434)에 인가할 수 있다.
입력장치(130)가 사용자로부터 가열 시작에 대한 선택을 수신하면, 제어부(150)는 전원부(400)의 전력이 코일구동회로(4)에 공급되도록 전원부(400)를 제어할 수 있다.
디스플레이(120)는 유도가열장치(1)의 현재 상태에 관한 정보를 표시할 수도 있고, 쿠킹 존의 선택이나 가열 세기의 선택을 가이드하기 위한 정보를 표시할 수도 있으며, 타이머 설정을 가이드하기 위한 정보를 표시할 수도 있다. 또한, 용기(10)의 유무를 나타내는 알림을 표시할 수도 있다.
본 개시에 따르면, 정류부(420)와 인버터부(430) 사이에 PFC 회로부(440)가 연결됨으로써, 유도가열장치(1)의 동작 중에 발생하는 소음을 억제할 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 코일구동회로의 일 예를 도시한다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 코일구동회로(4)는 전원부(400)와, 필터 회로(410)와, 정류 회로(420)와 PFC 회로(440)와, 직류 링크 커패시터(444)와 인버터 회로(430)를 포함할 수 있다.
필터 회로(410), 정류 회로(420), PFC 회로(440) 및 인버터 회로(430)는 각각 도 5의 필터부(410), 정류부(420), PFC 회로부(440) 및 인버터부(430)와 대응되는 회로 구성을 의미한다.
전원부(400)는 교류 전원으로, 정격전압에 대응되는 전원을 공급할 수 있다.
예를 들어, 정격전압은 100V 내지 240V에 해당할 수 있으나, 정격전압의 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
필터 회로(410)는 입력단과 출력단 사이에 마련된 인덕터와 캐패시터로 구성될 수 있으며, 인덕터는 고주파 잡음의 통과를 차단하고, 캐패시터는 고주파 잡음을 전원부(400)로 바이패스시킬 수 있다.
또한, 필터 회로(410)는, 실시예에 따라, 공통 모드 필터, 노말 모드 필터, X-CAP(across the line capacitor), Y-CAP(line bypass capacitor) 및 배리스터(varistor) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
필터 회로(410)에 의하여 고주파 잡음이 차단된 교류 전력은 정류 회로(420)에 공급될 수 있다.
정류 회로(420)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. 시간에 따라 크기와 극성(양의 전압 또는 음의 전압)이 변화하는 교류 전압을 크기와 극성이 일정한 직류 전압으로 변환하고, 시간에 따라 크기와 방향(양의 전류 또는 음의 전류)이 변화하는 교류 전류를 크기가 일정한 직류 전류로 변환할 수 있다.
이를 위해, 정류 회로(420)는 브리지 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 정류 회로(420)는, 4개의 다이오드(421, 422, 423, 424)를 포함할 수 있다. 다이오드는 2개씩 직렬 연결된 다이오드 쌍(421 / 422 및 423 / 424)을 형성하고, 2개의 다이오드 쌍은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 브리지 다이오드는 시간에 따라 극성이 변화하는 교류 전압을 극성이 일정한 양의 전압으로 변환하고, 시간에 따라 방향이 변화하는 교류 전류를 방향이 일정한 양의 전류로 변환할 수 있다.
정류 회로(420)는 전원부(400)의 제1 단자(T1)에 연결된 다이오드 쌍(421, 422)과, 전원부(400)의 제2 단자(T2)에 연결된 다이오드 쌍(423, 424)을 포함할 수 있다.
정류 회로(420)는 출력 노드(425)와 그라운드 노드(GND)를 포함할 수 있다.
출력 노드(425)는 상측 다이오드들(421, 423)의 음극에 대응하는 노드를 의미할 수 있다.
그라운드 노드(GND)는 하측 다이오드들(422, 424)의 양극에 대응하는 노드를 의미할 수 있다.
출력 노드(425)와 그라운드 노드(GND) 사이에는 PFC 회로(440)가 연결될 수 있다.
이에 따라, 정류 회로(420)를 통하여 정류된 전원은 PFC 회로(440)로 인가될 수 있다.
일 실시예에서, PFC 회로(440)는 복수 개의 인덕터(441a, 441b)와, 복수 개의 다이오드(442a, 442b)와, 복수 개의 스위칭 소자(443a, 443b)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, PFC 회로(440)는 정류 회로(420)의 출력 노드(425)와 연결되는 제1 인덕터(441a)와, 정류 회로(420)의 출력 노드(425)와 연결되고, 제1 인덕터(441a)와 병렬로 연결된 제2 인덕터(441b)와, 제1 인덕터(441a) 및 직류 링크 커패시터(444)와 연결된 제1 다이오드(442a)와, 제2 인덕터(441b) 및 직류 링크 커패시터(444)와 연결된 제2 다이오드(442b)와, 제1 인덕터(441a) 및 그라운드 노드(GND)와 연결된 제1 스위칭 소자(443a)와, 제2 인덕터(441b) 및 그라운드 노드(GND)와 연결된 제2 스위칭 소자(443b)를 포함할 수 있다.
제1 스위칭 소자(443a)는 제어 신호가 인가되는 제어 단자(예: 게이트 단), 제1 인덕터(441a)와 연결되는 제1 단자(예: 소스 단) 및 그라운드 노드(GND)와 연결되는 제2 단자(예: 드레인 단)을 포함할 수 있다.
제2 스위칭 소자(443b)는 제어 신호가 인가되는 제어 단자(예: 게이트 단), 제2 인덕터(441b)와 연결되는 제1 단자(예: 소스 단) 및 그라운드 노드(GND)와 연결되는 제2 단자(예: 드레인 단)을 포함할 수 있다.
제1 인덕터(441a)의 일 단은 정류 회로(420)의 출력 노드(425)와 연결될 수 있으며, 타 단은 제1 다이오드(442a)의 양극 및 제1 스위칭 소자(443a)의 제1 단과 연결될 수 있다.
제2 인덕터(441b)의 일 단은 정류 회로(420)의 출력 노드(425)와 연결될 수 있으며, 타 단은 제2 다이오드(442b)의 양극 및 제2 스위칭 소자(443b)의 소스 단과 연결될 수 있다.
제1 인덕터(441a)의 인덕턴스와 제2 인덕터(441b)의 인덕턴스 값은 직류 링크 커패시터(444)의 커패시턴스 값에 기초하여 미리 설정될 수 있다.
제1 다이오드(442a)의 양극은 제1 인덕터(441a) 및 제1 스위칭 소자(443a)와 연결될 수 있다.
제1 다이오드(442a)의 음극은 직류 링크 커패시터(444)와 연결될 수 있다.
제2 다이오드(442b)의 양극은 제2 인덕터(441b) 및 제2 스위칭 소자(443b)와 연결될 수 있다.
제2 다이오드(442b)의 음극은 직류 링크 커패시터(444)와 연결될 수 있다.
직류 링크 커패시터(444)의 일 단은 제1 다이오드(442a) 및 제2 다이오드(442b)와 연결될 수 있으며, 타 단은 그라운드 노드(GND)와 연결될 수 있다.
직류 링크 커패시터(444)는 PFC 회로(440) 및 인버터 회로(430)의 사이에 마련될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 직류 링크 커패시터(444)는 서로 연결된 복수 개의 커패시터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 직류 링크 커패시터(444)는 서로 병렬로 연결된 복수 개의 커패시터를 포함할 수 있다.
본 개시에 따르면, 코일구동회로(4)가 복수 개의 인덕터(441a, 441b), 복수 개의 다이오드(442a, 442b) 및 복수 개의 스위칭 소자(443a, 443b)로 구성된 PFC 회로(440)를 포함함으로써, 가열코일(434) 동작 시의 소음이 개선될 수 있다.
또한, 본 개시에 따르면 직류 링크 커패시터(444)가 PFC 회로(440) 및 인버터 회로(430)의 사이에 마련됨으로써, 가열코일(434) 동작 시의 소음이 개선될 수 있다.
인버터 회로(430)는 상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)를 포함할 수 있다.
상단 스위칭 소자(431a)는 제어 신호가 인가되는 제어 단자(예: 게이트 단)와, 직류 링크 커패시터(444)의 일 단에 연결되는 제1 단자(예: 소스 단)와, 하단 스위칭 소자(431b)와 연결되는 제2 단자(예: 드레인 단)를 포함할 수 있다.
하단 스위칭 소자(431b)는 제어 신호가 인가되는 제어 단자(예: 게이트 단)와, 상단 스위칭 소자(431a)의 제2 단자에 연결되는 제1 단자(예: 소스 단)와, 그라운드 노드(GND)와 연결되는 제2 단자(예: 드레인 단)를 포함할 수 있다.
상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)의 공통 노드에는 가열코일(434)이 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)의 공통 노드에는 가열코일(434)에 인가되는 전류를 측정하기 위한 전류센서(432)가 마련될 수도 있다.
다양한 실시예에 따라, 인버터 회로(430)는 상단 공진 커패시터(436a)와, 하단 공진 커패시터(436b)를 더 포함할 수 있다.
상단 공진 커패시터(436a)의 일 단은 제1 스위칭 소자(443a)의 제1 단자와 연결될 수 있으며, 타 단은 하단 공진 커패시터(436b)와 연결될 수 있다.
하단 공진 커패시터(436b)의 일 단은 상단 공진 커패시터(436a)와 연결될 수 있으며, 타 단은 그라운드 노드(GND)와 연결될 수 있다.
상단 공진 커패시터(436a)와 하단 공진 커패시터(436b)의 공통 노드는 가열코일(434)과 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 가열코일(434)은 제1 스위칭 소자(443a)와 제2 스위칭 소자(443b)의 공통 노드 및 상단 공진 커패시터(436a)와 하단 공진 커패시터(436b)의 공통 노드 사이에 연결될 수 있다.
제어부는 PFC 회로(440)의 제1 스위칭 소자(443a) 및 제2 스위칭 소자(443b)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부는 인버터 회로(430)의 상단 스위칭 소자(431a) 및 하단 스위칭 소자(431b)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
본 개시에 따르면, PFC 회로(440)에 의해 역률이 개선된 전력이 인버터 회로(430)를 통해 가열코일(434)에 인가됨으로써, 가열코일(434)의 구동에 따른 소음이 개선될 수 있다.
또한, 본 개시에 따르면 부스트 커패시터들 사이에 가열코일(434)이 연결됨으로써, 가열코일(434)로 인가되는 출력 전력이 개선될 수 있다.
도 7 및 도 8은 일 실시예에 따른 코일구동회로에 있어서, 입력 전압이 양의 값을 가질 때의 전류의 흐름의 일 예를 도시한다.
도 7를 참조하면, 입력 전압이 양의 값을 가질 때 코일구동회로(4)에서의 전류의 흐름을 확인할 수 있다.
입력 전압이 양의 값을 갖는 것은, 전원부(400)의 제1 단자(T1)에 양의 전압이 인가되는 것을 의미할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 전원부(400)의 제1 단자(T1)는 다이오드 쌍(421, 422)과 연결될 수 있다.
반대로, 입력 전압이 음의 값을 갖는 것은, 전원부(400)의 제2 단자(T2)에 양의 전압이 인가되는 것을 의미할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 전원부(400)의 제2 단자(T2)는 다이오드 쌍(423, 424)과 연결될 수 있다.
입력 전압이 양의 값을 가질 때에는 다이오드(421)를 통해 출력 노드(425)로 입력 전류가 인가될 수 있다.
도 7과 같이, 제1 스위칭 소자(443a)가 온(on)되어 있고, 제2 스위칭 소자(443b)가 오프되어 있다면, 입력 전류는 제1 인덕터(441a)와 제1 스위칭 소자(443a)를 거쳐 그라운드 노드(GND)로 흐를 수 있다. 또한, 입력 전류는 제1 인덕터(441a), 제1 다이오드(442a) 및 직류 링크 커패시터(444)를 통해 그라운드 노드(GND)로 흐를 수 있다.
도 8과 같이, 제2 스위칭 소자(443b)가 온되어 있고, 제1 스위칭 소자(443a)가 오프되어 있다면, 입력 전류는 제2 인덕터(441b)와 제2 스위칭 소자(443b)를 거쳐 그라운드 노드(GND)로 흐를 수 있다. 또한, 입력 전류는 제1 인덕터(441a), 제1 다이오드(442a) 및 직류 링크 커패시터(444)를 통해 그라운드 노드(GND)로 흐를 수 있다.
도 9 및 도 10은 일 실시예에 따른 코일구동회로에 있어서, 입력 전압이 음의 값을 가질 때의 전류의 흐름의 일 예를 도시한다.
입력 전압이 음의 값을 가질 때에는 다이오드(423)를 통해 출력 노드(425)로 입력 전류가 인가될 수 있다.
도 9와 같이, 제1 스위칭 소자(443a)가 온되어 있고, 제2 스위칭 소자(443b)가 오프되어 있다면, 입력 전류는 제1 인덕터(441a)와 제1 스위칭 소자(443a)를 거쳐 그라운드 노드(GND)로 흐를 수 있다. 또한, 입력 전류는 제1 인덕터(441a), 제1 다이오드(442a) 및 직류 링크 커패시터(444)를 통해 그라운드 노드(GND)로 흐를 수 있다.
도 10과 같이, 제2 스위칭 소자(443b)가 온되어 있고, 제1 스위칭 소자(443a)가 오프되어 있다면, 입력 전류는 제2 인덕터(441b)와 제2 스위칭 소자(443b)를 거쳐 그라운드 노드(GND)로 흐를 수 있다. 또한, 입력 전류는 제1 인덕터(441a), 제1 다이오드(442a) 및 직류 링크 커패시터(444)를 통해 그라운드 노드(GND)로 흐를 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제어부(150)는 제1 스위칭 소자(443a)와 제2 스위칭 소자(443b)를 상보적으로 동작시킬 수 있다.
본 개시에 따르면, 직류 링크 커패시터(444)에 의해 평활된 전력이 인버터 회로(430)로 제공되어, 가열코일(434) 동작 시 발생하는 소음을 저감시킬 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 유도가열장치의 제어방법의 일 예를 도시한 순서도이다.
사용자는 입력장치(130)를 통해 유도가열장치(1)의 전원을 온시키기 위한 명령을 입력할 수 있다.
예를 들어, 입력장치(130)는 전원 버튼을 포함할 수 있으며, 사용자는 전원 버튼을 선택함으로써 유도가열장치(1)의 전원을 온시키기 위한 명령을 입력할 수 있다.
제어부(150)는 입력장치(130)를 통해 유도가열장치(1)의 전원을 온시키기 위한 사용자 입력을 수신할 수 있다(1000).
제어부(150)는 유도가열장치(1)의 전원을 온시키기 위한 사용자 입력을 수신한 것에 응답하여 PFC 회로(440)를 제어할 수 있다(1100).
예를 들어, 제어부(150)는 유도가열장치의 전원을 온시키기 위한 사용자 입력을 수신한 것에 응답하여 제1 스위칭 소자(443a)와 제2 스위칭 소자(443b)를 서로 상보적으로 동작시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제1 스위칭 소자(443a)와 제2 스위칭 소자(443b)의 동작 주파수는 미리 설정될 수 있으며, 30kHz 이상으로 설정될 수 있다.
즉, 제어부(150)는 유도가열장치의 전원을 온시키기 위한 사용자 입력을 수신한 것에 응답하여 스위칭 주파수가 30kHz 이상이 되도록 제1 스위칭 소자(443a)와 제2 스위칭 소자(443b)를 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제1 스위칭 소자(443a)와 제2 스위칭 소자(443b)가 상보적으로 동작하는 중에, 인버터 회로(430)의 상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)는 동작하지 않을 수 있다.
제어부(150)는 유도가열장치의 전원을 온시키기 위한 사용자 입력을 수신한 것에 응답하여 미리 설정된 시간 동안 제1 스위칭 소자(443a)와 제2 스위칭 소자(443b)를 서로 상보적으로 동작시킴과 동시에, 인버터 회로(430)를 동작시키지 않을 수 있다.
본 개시에 따르면, 유도가열장치의 전원이 최초로 온된 경우 정류부(420)를 통해 정류된 교류 전압이 제1 스위칭 소자(443a)와 제2 스위칭 소자(443b)의 스위칭 동작을 통해 직류 링크 커패시터(444)에서 평활될 수 있다.
제어부(150)는 유도가열장치의 전원을 온시키기 위한 사용자 입력을 수신한 것에 응답하여 가열코일(434)의 동작 설정을 식별할 수 있다. 제어부(150)는 가열코일(434)의 동작 설정에 기초하여 인버터 회로(430)를 제어할 수 있다(1200). 가열코일(434)의 동작 설정은 가열코일(434)에 대응하는 쿠킹 존에 대한 가열 세기 설정을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(150)는 가열코일(434)의 동작 설정에 기초하여 상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)의 스위칭 주파수를 결정하고, 결정된 스위칭 주파수에 따라 상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)를 상보적으로 동작시킬 수 있다.
예를 들어, 사용자는 입력장치(130)를 통해 가열코일(434)에 대응하는 쿠킹 존의 가열 세기를 선택할 수 있다.
입력장치(130)가 사용자로부터 가열 세기에 대한 선택을 수신하면, 제어부(150)는 선택된 가열 세기에 기초하여 상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)의 스위칭 주파수를 결정할 수 있다.
제어부(150)는 입력장치(130)를 통해 선택된 가열 세기에 대응하는 스위칭 주파수에 기초하여 상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)를 교번하여 온/오프시킴으로써, 선택된 가열 세기에 대응하는 주파수의 고주파 전류를 가열코일(434)에 인가할 수 있다.
일 예로, 상단 스위칭 소자(431a)와 하단 스위칭 소자(431b)의 스위칭 주파수는 가열코일(434)의 동작 설정에 따라 20kHz 내지 35kHz로 결정될 수 있다.
본 개시에서, 이와 같이, PFC 회로(440)의 제1 스위칭 소자(443a) 및 제2 스위칭 소자(443b)는 미리 설정된 스위칭 주파수에 기초하여 동작되고, 인버터 회로(430)의 상단 스위칭 소자(431a) 및 하단 스위칭 소자(431b)는 가열코일(434)의 동작 설정에 기초하여 동작될 수 있다.
또한, PFC 회로(440)의 제1 스위칭 소자(443a) 및 제2 스위칭 소자(443b)의 스위칭 주파수는 가열코일(434)의 동작 설정과 무관하게 미리 설정된 최적의 스위칭 주파수로 동작될 수 있다. 이 때, 최적의 스위칭 주파수는 정류 회로(420)를 통해 정류된 교류 전압을 평활하기에 적절한 주파수로 설정될 수 있다.
또한, PFC 회로(440)의 제1 스위칭 소자(443a) 및 제2 스위칭 소자(443b)의 스위칭 주파수는 가열코일(434)의 동작 설정에 기초하여 결정될 수 있다.
본 개시에 따르면, 적어도 두 개의 인덕터와 두 개의 스위칭 소자를 포함하는 PFC 회로(440)가 정류 회로(420)와 인버터 회로(430) 사이에 마련됨으로써, 평활된 전압을 가열코일(434)에 제공할 수 있다.
이에 따라, 본 개시에 따르면 가열코일(434) 동작 시 발생하는 자계 소음이 저감될 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(read only memory), RAM(random access memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적 저장매체'는 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다. 예로, '비일시적 저장매체'는 데이터가 임시적으로 저장되는 버퍼를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 기록 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품(예: 다운로더블 앱(downloadable app))의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 기록 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 가열코일;
    교류 입력 전원을 정류하는 정류 회로;
    상기 정류 회로와 연결된 역률 개선(PFC; Power Factor Correction) 회로;
    상기 PFC 회로와 연결된 직류 링크 커패시터; 및
    상기 직류 링크 커패시터와 연결되고, 상기 가열코일에게 구동 전류를 인가하는 인버터 회로;를 포함하고,
    상기 PFC 회로는,
    상기 정류 회로의 출력 노드와 연결되는 제1 인덕터;
    상기 정류 회로의 출력 노드와 연결되고, 상기 제1 인덕터와 병렬로 연결된 제2 인덕터;
    상기 제1 인덕터 및 상기 직류 링크 커패시터와 연결된 제1 다이오드;
    상기 제2 인덕터 및 상기 직류 링크 커패시터와 연결된 제2 다이오드;
    상기 제1 인덕터 및 그라운드 노드와 연결된 제1 스위칭 소자; 및
    상기 제2 인덕터 및 상기 그라운드 노드와 연결된 제2 스위칭 소자;를 포함하는 유도가열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 유도가열장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    유도가열장치의 전원을 온시키기 위한 사용자 입력을 수신한 것에 응답하여 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 서로 상보적으로 동작시키는 유도가열장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    스위칭 주파수가 30kHz 이상이 되도록 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 제어하는 유도가열장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인버터 회로는 상단 스위칭 소자와 하단 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 가열코일의 동작 설정에 기초하여 상기 상단 스위칭 소자와 상기 하단 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 결정하고, 상기 결정된 스위칭 주파수에 따라 상기 상단 스위칭 소자와 상기 하단 스위칭 소자를 상보적으로 동작시키는 유도가열장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 직류 링크 커패시터는,
    서로 연결된 복수 개의 커패시터를 포함하는 유도가열장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 회로는,
    상단 스위칭 소자, 하단 스위칭 소자, 상단 공진 커패시터 및 하단 공진 커패시터를 포함하고,
    상기 가열코일은, 상기 상단 공진 커패시터와 상기 하단 공진 커패시터의 공통 노드와 상기 상단 스위칭 소자와 상기 하단 스위칭 소자의 공통 노드 사이에 연결된 유도가열장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 다이오드의 양극은, 상기 제1 인덕터와 상기 제1 다이오드와 상기 제1 스위칭 소자의 공통 노드인 유도가열장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 다이오드의 양극은, 상기 제2 인덕터와 상기 제2 다이오드와 상기 제2 스위칭 소자의 공통 노드인 유도가열장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 직류 링크 커패시터는,
    상기 제1 다이오드의 음극 및 상기 그라운드 노드와 연결되는 유도가열장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 직류 링크 커패시터는,
    상기 제2 다이오드의 음극 및 상기 그라운드 노드와 연결되는 유도가열장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 인버터 회로는,
    상기 제1 다이오드의 음극 또는 상기 제2 다이오드의 음극 및 제1 노드와 연결되는 상단 스위칭 소자; 및
    상기 제1 노드 및 상기 그라운드 노드와 연결되는 하단 스위칭 소자;를 포함하는 유도가열장치.
  13. 교류 입력 전원을 정류하는 정류 회로; 상기 정류 회로와 연결된 역률 개선(PFC; Power Factor Correction) 회로; 상기 PFC 회로와 연결된 직류 링크 커패시터; 및 상기 직류 링크 커패시터와 연결되고, 가열코일에게 구동 전류를 인가하는 인버터 회로;를 포함하는 유도가열장치의 제어방법에 있어서,
    상기 PFC 회로는, 상기 정류 회로의 출력 노드와 연결되는 제1 인덕터; 상기 정류 회로의 출력 노드와 연결되고, 상기 제1 인덕터와 병렬로 연결된 제2 인덕터; 상기 제1 인덕터 및 상기 직류 링크 커패시터와 연결된 제1 다이오드; 상기 제2 인덕터 및 상기 직류 링크 커패시터와 연결된 제2 다이오드; 상기 제1 인덕터 및 그라운드 노드와 연결된 제1 스위칭 소자; 및 상기 제2 인덕터 및 상기 그라운드 노드와 연결된 제2 스위칭 소자;를 포함하고,
    상기 유도가열장치의 제어방법은,
    상기 유도가열장치의 전원을 온시키기 위한 사용자 입력을 수신한 것에 응답하여 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 서로 상보적으로 동작시키는 것;을 포함하는 유도가열장치의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 서로 상보적으로 동작시키는 것은,
    스위칭 주파수가 30kHz 이상이 되도록 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 제어하는 것;을 포함하는 유도가열장치의 제어방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 인버터 회로는 상단 스위칭 소자와 하단 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 유도가열장치의 제어방법은,
    상기 가열코일의 동작 설정에 기초하여 상기 상단 스위칭 소자와 상기 하단 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 결정하고;
    상기 결정된 스위칭 주파수에 따라 상기 상단 스위칭 소자와 상기 하단 스위칭 소자를 상보적으로 동작시키는 것;을 더 포함하는 유도가열장치의 제어방법.
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